最近发表在《分子》上的一篇文章强调了传感器技术的一项令人兴奋的进步，该技术使用氮和硫共掺杂的红色荧光石墨烯量子点 （R-GQD） 来检测有机溶剂中的水分含量。这项创新在食品安全领域具有巨大潜力，为实时监测提供了一种高效、便携的解决方案。

背景

石墨烯量子点 （GQD） 由于其独特的光学特性、生物相容性和具有成本效益的合成，已成为各个领域有前途的材料。然而，传统的 GQD 通常表现出发射波长的限制，这可能会阻碍它们在生物传感和成像应用中的有效性。

为了克服这些挑战，研究人员专注于掺杂策略来改变 GQD 的电子特性。氮和硫杂原子的引入已被证明可以增强 GQD 的荧光特性，使其适用于食品安全和环境监测。

检测有机溶剂中水分含量的能力尤为重要，因为水会显著影响食品的特性和稳定性。因此，为此开发一种利用 R-GQD 的传感器可以为确保食品安全提供有价值的工具。

研究概览

在这项研究中，研究人员使用简单的一步水热法合成了 R-GQD，其中邻苯二胺作为硫酸/水溶液中的碳源。他们通过调整反应时间、温度、邻苯二胺浓度和硫酸与水的比例等因素来优化工艺。为了改进这些条件，该团队使用了 Box-Behnken 设计 （BBD） 响应面方法，该方法系统地分析了这些变量如何影响 R-GQD 的荧光强度。

合成后，将 R-GQD 集成到便携式传感器条中进行测试。为了评估传感器的性能，研究人员将 50 μL 液体样品涂在试纸上，将它们暴露在 365 nm 的紫外光下，并使用智能手机捕获荧光图像。

他们使用颜色分析软件量化了样品中的水分含量。这种简单实用的方法不仅实现了快速检测，还展示了传感器在实际应用中的潜力，尤其是在食品安全评估中。

结果与讨论

研究表明，合成的 R-GQD 具有出色的荧光稳定性和较宽的线性检测范围，可用于测量有机溶剂中的水分含量。优化过程与经验模型紧密匹配，决定系数 （R2） 为 0.9438，表明该模型具有很强的预测最佳实验条件的能力。

该传感器的双重检测功能（比色和基于荧光）提高了定量含水量的灵敏度和准确性。将 R-GQD 集成到便携式试纸中为现场测试提供了一种实用有效的解决方案，解决了传统方法通常较慢或用途较弱的局限性。

验证测试（包括食品样品中的加标回收实验）证实 R-GQD 在检测水分含量方面是可靠的，为确保食品质量和安全提供了强大的工具。此外，R-GQDs 的低背景荧光和良好的生物相容性表明它们具有更广泛的应用潜力，例如体内成像，进一步增强了它们在食品安全和生物监测中的实用性。

这些发现强调了创新传感技术的需求，以满足日益增长的食品安全需求。随着食品变得越来越复杂，快速准确地评估水分含量的能力对于保持质量和防止变质至关重要。R-GQDs 传感器代表着向前迈出的重要一步，为监测各种食品基质中的水分含量提供了一种用户友好、高效且适应性强的解决方案。

结论

总之，该研究成功合成了氮和硫共掺杂的 R-GQD，并证明了它们作为便携式传感器检测有机溶剂中水分含量的有效性。研究结果强调了 R-GQD 通过快速、准确和实用的检测方法彻底改变食品安全的潜力。

通过解决传统水质测量技术的局限性，这种创新的传感器为食品安全监测提供了一种多功能且高效的工具。其双模式检测功能与便携性相结合，使其特别适合食品安全评估中的实时应用。

随着对可靠和先进的食品安全措施的需求不断增长，这项研究为未来的创新铺平了道路，为该领域做出了重大贡献。除了食品安全之外，R-GQD 的多功能性还为环境监测和生物医学成像领域的更广泛应用打开了大门，加强了它们在现代科学和技术进步中的重要性。

期刊参考

Zhang H.， Wang J.， et al. （2024）.基于氮和硫共掺杂石墨烯量子点的荧光传感器，用于快速目视检测有机溶剂中的水分含量。分子 29， 5178。DOI： 10.3390/molecules29215178， https://www.mdpi.com/1420-3049/29/21/5178